В асинхронном двигателе роль клочка сена играет магнитное поле, которое «бежит» по кругу, вырабатываемое совершенно неподвижными катушками статора. А роль ишачка играет ротор, который гонится за этим полем.
Ну а как только ишачок побежал, главная задача — научиться им управлять. И задача эта не из легких.
Статор асинхронных двигателей, подключаемых к трехфазной сети, состоит из трех электромагнитов. На них подается напряжение разных фаз сети. А так как разные фазы работают — нарастают и уменьшаются — со сдвигом во времени друг от друга, аналогично будет нарастать и уменьшаться магнитное поле в катушках. Сначала поле возникнет и будет расти в катушке 1 фазы, через одну треть периода точно так же возникнет и будет возрастать поле во второй фазе, а поле в первой при этом постепенно и плавно, по синусоиде, сначала перестанет нарастать, а потом начнет уменьшаться. Все повторится и для катушки третьей фазы — поле появится, будет возрастать, тогда как поле во второй сначала остановит свой рост, потом пойдет на спад. А в это время поле в первой фазе уже дойдет до нуля и будет возрастать в отрицательную сторону.
Структура трехфазного двигателя Если в статоре сделать только три обмотки, по числу фаз в питающем напряжении, то магнитное поле будет вращаться с той же частотой, что и напряжение, то есть 50 раз за одну секунду. Но на практике их делают гораздо больше.
Поле в статореТогда бегающее по кругу поле будет иметь частоту вращения меньше, но вращение при этом станет более плавным.
«Обмотки» ротора представляют собой проводники, расположенные «почти» параллельно валу ротора и набранные по кругу в виде «беличьей клетки». Это не обмотки, так как там ничего не намотано, а проводники, воткнутые в два металлических круга. То есть через эти металлические круги, накоротко замкнутые.
Ротор асинхронных двигателей«Беличья клетка» является замкнутой накоротко обмоткой, которая заполнена пакетом-сердечником, набранным из поперечных тонких пластин из электротехнической стали
Когда на ротор воздействует внешнее изменяющееся магнитное поле статора, в роторе наводятся кольцевые токи, которые, в свою очередь, создают магнитное поле. Это поле, усиленное сердечником, направлено так, что ротор начинает вращаться вслед за бегущим магнитным полем статора. Вращение направлено в направлении «догнать» убегающую волну. Ротор разгоняется, но, по мере того, как он будет догонять волну статора, наводки в нем будут все меньше и меньше. Он начнет «приотставать» (от силы трения или от силы сопротивления механической нагрузки на вал ротора), но усиливающаяся от этого в нем индукция снова толкает ротор к вращению. Такой принцип порождает некоторое рассогласование частот: частота напряжения, которая является причиной движения ротора, не изменяется во времени — стабильно 50 герц, а частота вращения то догоняет, то отстает. Такие несоответствия могут быть незаметны там, где частота не очень важна, но из-за них двигатель и называется асинхронным.
Все мы это прекрасно видели и слышали, когда включали вентилятор. Он сначала набирает скорость, хорошо «берется за дело». Только потом как-то слегка «проваливается» — крутится по инерции, но опять «спохватывается» и «поддает газу».
Идеальный случай вращения в таком двигателе — это когда совсем нет трения и сопротивления, это холостой ход такого мотора. Тогда скорость определяется формулой вращения самого бегущего поля от статора
ФормулаЗдесь nr – скорость вращения в оборотах в минуту,fu – частота питающего напряжения,p – число катушек статора в каждой фазе.
Например, если, как нарисовано на картинке с красной стрелочкой вращения поля статора, в статоре три катушки, то есть по одной на каждую фазу, то получим
nr = 60 50/1 = 3000 (об./мин) или 50 об./с. То есть скорость вращения равна частоте напряжения в сети. Увеличением количества обмоток в статоре можно добиться снижения скорости вращения
Во многих случаях точная частота вращения двигателя действительно не так важна, поэтому электродвигатели асинхронные трехфазные находят широкое применение.
Трехфазные электродвигатели имеют и другой недостаток: циклические токи ротора вызывают его непрерывный разогрев, поэтому и делают кольцевые металлические пластины с ребрами для охлаждения воздухом при вращении.
Так как есть несколько обмоток внутри двигателя — обмотки статора, — и сеть переменного тока бывает однофазной, а бывает трехфазной, то и схема включения всего этого хозяйства допускает вариации.
Обмоток на статоре обычно три. Ну а если их больше, то все равно обмотки каждой фазы внутри уже соединены последовательно. То есть в качестве выходных клемм максимум может быть 6. И их подсоединить к сети можно по-разному. Систем обозначений клемм две. На старых обозначались буквами С и цифрами 1,2,3 — начала обмоток; цифрами 4,5,6 — концы обмоток. В новых обозначениях для разных обмоток употребляются буквы U, V, W, а для начал и концов цифры 1 и 2 соответственно.
Клеммы обмоток могут быть на двигателе выведены наружу, и можно самостоятельно подключить трехфазный двигатель к сети переменного токаПри соединении обмоток по типу «звезда» концы обмоток нужно объединить, а на клеммы начала обмоток подать напряжения фаз из сети.
Подключение трехфазного электродвигателя по схеме «Звезда»Здесь использованы обозначения клемм электродвигателей трехфазных, применяемые на схемах, старые и новые
При подключении типа «звезда» нулевой провод из сети желательно подавать на общую клемму двигателя. Это защитит его от порчи в случае перекоса фаз в сети.
Подключить трехфазный двигатель обмотками в «треугольник» в сеть переменного тока не сложнее. Надо начало одной обмотки соединять с концом следующей. И еще все начала подключить к фазным проводам переменного тока.
Подключение асинхронного двигателя по схеме «треугольник»
Два эти подключения — «звезда» и «треугольник» — в сети дают разные результаты по токам и мощностям. В «звезде» на каждую обмотку подано фазное напряжение 220 В, а две обмотки вместе нагружены линейным напряжением в 380 В. Протекающие в обмотках токи при этом меньше, чем при конфигурации «треугольник». Отсюда и работа отличается: «звезда» дает мягкий запуск, но при работе развивает меньшую мощность, чем «треугольник». Зато «треугольник» при запуске дает большие стартовые токи, превышающие номинал раз в 7–8.
Чтобы сочетать преимущества обеих конфигураций, коммутацию делает особая схема. Она при запуске двигателя коммутирована как «звезда», а при достижении определенной мощности переключается в вариант «треугольник». В этом случае (и в других случаях с постоянными подключениями обмоток), на входном клеммнике оставляют только 3 или 4 клеммы, и вариантов по переключению обмоток по своему усмотрению не остается. В этом случае просто подключаются фазы в нужном порядке.
Трехфазное напряжение нашей сети можно представить как одну и ту же фазу, только повторенную еще два раза со сдвигом, сначала на 120°, потом плюс еще на столько же, то есть в результате на 240°. И такое напряжение вполне схематически посильно «добыть» из одной выделенной фазы. Однако когда мы запускаем «бегущее поле» статора, совсем не обязательно делать его именно с таким сдвигом между поданными на обмотки фазами. Потому что увеличение количества полюсов в обмотках проявляется как уменьшение скорости вращения, но механизм работает. Поэтому разработаны простые схемы получения сдвинутых фаз из однофазной линии не под таким углом, а под 90°. Это можно сделать простой схемой, дающей подключение трехфазного двигателя в однофазную сеть с применением одного конденсатора. Результатом является снижение мощности двигателя. При маркировке двигателей, которые можно использовать в однофазной сети 220 В и в сети 380 В трехфазной, так и пишется — двигатель 220/380, а который предназначен для работы только в трехфазной — двигатель 380.
Схема подключения «звезда» в этом случае дает потерю мощности, поэтому для более полного использования двигателя при подключении к однофазному напряжению чаще применяют «треугольник».
Похожие статьи:domelectrik.ru
Асинхронные моторы нашли большое применение в хозяйстве. В них преобразуется до семидесяти процентов электроэнергии в механическую. Среди всех электрических двигателей этот вид является самым простым, надежным и дешевым в производстве. Наибольшее распространение имеет трехфазный асинхронный двигатель, принцип работы которого рассмотрен вкратце в этой статье.
Двигатели не имеют щеточно-коллекторного или скользящего токосъемного узлов, благодаря чему достигаются минимальные расходы при их эксплуатации. Дешевизна и высокая степень надежности сделали эти двигатели широко распространенными в разных сферах.
Моторы бывают:
Однофазные механизмы работают в вентиляторах, станках, стиральных машинах, различных электрических инструментах и водоподающих насосах. Трехфазные виды нашли свое применение в разных механизмах, функционирующих в промышленных, сельскохозяйственных, строительных секторах. Также их широко используют и для бытовых нужд.
Трехфазный асинхронный двигатель, принцип работы которого выполняется стандартным образом, является электроагрегатом, состоящим из:
Статор включает в себя станину, куда впрессовывается электромагнитное ядро, состоящее из магнитного провода и трехфазной распределительной обмотки. Ядро служит для намагничивания агрегата или появления вращающегося магнитного поля. Магнитопровод состоит из тонких, штампованных, отделенных друг от друга листов, при скреплении которых образуются зубцы и пазы. Он является малым магнитным сопротивлением для потока, который образует обмотка статора. В итоге происходит намагничивание, которое и усиливает поток.
В пазы укладывается трехфазная обмотка статора, которая в самом простом своем варианте состоит из трех катушек с осями, сдвинутыми друг к другу на 120 градусов. Фазные катушки соединяются в форме звезды или треугольника.
Более подробно принцип работы асинхронного электродвигателя в части соединений наглядно раскрывается ниже через проведение простого опыта.
Ротор состоит из магнитопровода, который тоже имеет штампованные стальные листы с пазами, где располагается обмотка. Последняя бывает:
Уже говорилось, что трехфазная обмотка статора необходима для намагничивания или образования вращающегося магнитного поля. Нетрудно догадаться, что законом электромагнитной индукции управляется асинхронный двигатель. Принцип работы его заключается в следующем: вращающееся статорное магнитное поле пересекает роторную короткозамкнутую обмотку, что вызывает электродвижущую силу и протекание переменного тока. Этот ток образует свое магнитное поле, а взаимодействуя со статорным вращающимся полем, начинает роторное вращение. Еще в восемнадцатом веке был продемонстрирован этот принцип посредством проведения простого опыта: подковообразный магнит вращали с постоянной скоростью рядом с металлическим диском, который свободно был закреплен на оси. Диск начинал вращаться за магнитом, но с меньшей скоростью.
Если знать закон элетромагнитной индукции, то явление становится понятным. Когда магнитные полюса движутся, то рядом с поверхностью диска под ними наводится электродвижущаяся сила. Из-за нее создаются токи, которые образуют магнитное дисковое поле.
Это же явление для простоты можно представить себе как колесо (вместо диска), в котором находится большое количество спиц, соединенных втулкой и ободом. Они проводят ток. Элементарным контуром являются две спицы, соединяющие их обод и втулки. Дисковое поле сцепляется с полюсным магнитным полем, и диск увлекается им. Понятно, что самая большая электродвижущаяся сила будет действовать в неподвижном состоянии, а самая меньшая, наоборот, когда она приближается к скорости дискового вращения.
Если взять асинхронный двигатель, принцип работы короткозамкнутой роторной обмотки подобен диску, а статорной — вращающемуся магниту. Однако в неподвижном статоре вращение магнитного поля реализуется через трехфазную токовую систему, проходящую в обмотке со сдвигом фаз.
www.syl.ru
Устройство статора. Асинхронный двигатель, как и всякая электрическая машина, состоит из статора и ротора (рис. 3.1, а). Статор имеет цилиндрическую форму. Он состоит из корпуса /, сердечника 2 и обмотки 3. Корпус литой, в большинстве случаев стальной или чугунный. Сердечник статора собирается из тонких листов электротехнической стали (рис. 3.1,б).
Листы для машин малой мощности ничем не покрываются, так как образующийся на листах оксидный слой является достаточной изоляцией. Собранные листы стали образуют пакет статора, который запрессовывается в корпус статора. На внутренней поверхности сердечника вырубаются пазы, в которые укладывается обмотка статора. Обмотки статора могут соединяться звездой или треугольником. Для осуществления таких соединений на корпусе двигателя имеется коробка, в которую выведены начала фаз С1, С2, СЗ и концы фаз С4, С5, С6. На рис. 3.2, а—в показаны схемы расположения этих выводов и способы соединения их между собой при соединении фаз звездой и треугольником. Схема соединений обмоток статора зависит от расчетного напряжения двигателя и номинального напряжения сети. Например, в паспорте двигателя указано 380/220. Первое число соответствует схеме соединения обмоток в звезду при линейном напряжении в сети 380 В, а второе — схеме соединения в треугольник при линейном напряжении сети 220 В. В обоих случаях напряжение на фазе обмотки будет 220 В.
Корпус статора с торцов закрыт подшипниковыми щитами, в которые запрессованы подшипники вала ротора.
Устройство ротора. Ротор асинхронного двигателя состоит из стального вала 4 (рис. 3.1, а), на который напрессован сердечник 5, выполненный, как и сердечник статора, из отдельных листов электротехнической стали с выштампованными в них закрытыми или полузакрытыми пазами. Обмотка ротора бывает двух типов: короткозамкнутая и фазная – соответственно роторы называются короткозамкнутыми и фазными.
Большее распространение имеют двигатели с короткозамкнутым ротором, так как они дешевле и проще в изготовлении и в эксплуатации. Токопроводящая часть такого ротора, названного М. О. Доливо-Добровольским ротором с беличьей клеткой, состоит из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов (рис. 3.3). Как правило, беличья клетка формируется путем заливки пазов ротора расплавленным алюминием.
Фазный ротор (рис.3.4) имеет три обмотки, соединенные в звезду. Выводы обмоток подсоединены к кольцам 2, закрепленным на валу 3. К кольцам при пуске прижимаются неподвижные щетки 4, которые подсоединяются к реостату 5.
electrono.ru
Электродвигатель асинхронный трехфазный используется в сельском хозяйстве и промышленных отраслях для привода механизмов, использующих переменный ток и имеющих ступенчатую регулировку частоты вращения. Его существенными преимуществами являются простая конструкция, достаточно простой ремонт, невысокая цена при высокой надежности. Именно поэтому этот вид двигателя необычайно распространен в указанных отраслях. Он применяется, в частности, в эскалаторах, вентиляции, станках, насосах, компрессорном и холодильном оборудовании и еще много где.
Принцип работы двигателя позволяет преобразовать эклектическую энергию в механическую. Эти двигатели работают от переменного тока.
Теперь кратко рассмотрим устройство асинхронного трехфазного двигателя. Его ключевые части – это ротор и статор.
Роторы подразделяются на короткозамкнутые и фазные. Первый – это сердечник из стальных листов, куда залит алюминий, из которого образуются стержни и замыкаются кольцами.
Для фазного характерна трехфазная обмотка. Концы обмоток соединяются, а свободные концы соединяются с контактными кольцами.
ротор
Статор – это цилиндр, собранный из стальных листов с уложенной внутри пазов обмоткой.
На обмотку подается напряжение, в результате образуются магнитные потоки, изменяемые с той же частотой, с какой подается напряжение. Из-за расположения обмотки эти потоки сдвинуты на 120°, так получается вращающийся результирующий поток.
В результате этого вращения в проводниках ротора появляется электродвижущая сила. А так как электрическая цепь замкнута, появляется ток, который и запускает двигатель.
В результате взаимодействия этого вращающегося магнитного поля и тока, который появляется в роторе в результате его воздействия, и происходит работа двигателя. Стоит отметить, возникновение вращающего момента возможно только тогда, когда частоты вращения магнитных полей отличаются.
Среди основных характеристик электродвигателя асинхронного трехфазного выделяют частоту его вращения, массу, коэффициент полезного действия, мощность, коэффициент мощности. Чтобы определить значения этих характеристик применяют следующие формулы:
Где s обозначает скольжение (помогает определить, насколько роутер отстает от вращения магнитного поля, измеряется также в процентах), n1 – это как раз частота вращения магнитного поля статора, а n – тоже значение для ротора.
Исходя из этой формулы и зная формулу для определения частоты вращения магнитного поля, можно легко найти частоты вращения для нашего электродвигателя:
Повлиять на значение частоты вращения магнитного поля можно. Для этого изменяется число пар полюсов обмотки статора. Как ясно из предыдущих формул, таким образом мы поменяем и частоту вращения двигателя. Отметим, что у асинхронного двигателя частота вращения ротора всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора.
Стоит отметить, что скольжением также определяется такая важная характеристика, как вращающий момент. Значение этого момента зависит от силы взаимодействия магнитных полей ротора и статора. Если вращающий момент растет при скольжении, то частота вращения двигателя может дойти до нуля.
При выборе электродвигателя особое внимание стоит обратить на прописанные производителем условия эксплуатации и технические характеристики.
Для трехфазных асинхронных электродвигателей внезапное отключение одной фазы чревато поломками. Именно поэтому существуют различные устройства для защиты и своевременного отключения двигателя, в их числе диодно-транзисторные и релейные механизмы. Вторые являются несколько более простыми и поэтому пользуются большей популярностью. Именно поэтому мы расскажем о нескольких релейных схемах защиты двигателя.
Самый популярный метод – это использование теплового реле.
Его смысл заключается в том, что реле нагревается также, как и двигатель и при превышении допустимой температуры его отключает. А так как именно при отключении одной из фаз и происходит перегрев, реле помогает этого избежать. Кроме того, это еще и способ защиты от пробоя на корпус, но для этого электродвигателю необходимо обязательное заземление. Обращаем ваше внимание на то, что номинальный ток двигателя и реле должен быть близок или совпадать.
Следующий способ заключается в том, что при помощи 3-х конденсаторов делается нулевая искусственная точка.
Между нулевой точкой и нулевым проводом располагается реле. Если двигатель работает исправно, ток к реле не попадает, но если его работа нарушается – в нулевой точке образуется напряжение и реле отключает двигатель. Чувствительность устройства можно регулировать при помощи изменения емкости конденсаторов.
Еще один способ защиты трехфазных асинхронных двигателей – это установка дополнительного реле. Его контакты разомкнуты.
При запуске двигателя к трехфазной сети подключаются последовательно магнитные пускатели. Если произойдет отключение, реле обесточится, контакты разомкнутся, что приведет к отключению двигателя.
Последний способ по схеме похож на предыдущий. При запуске двигателя реле замыкает цепь питания МП. Срабатывание магнитного пускателя приводит к тому, что двигатель выключается.
Этот способ хорош тем, что при отключении двигателя реле также находится без тока.
jelektro.ru
Простота производства, дешевизна, надежность в работе привели к тому, что асинхронный двигатель (АД) стал самым распространенным электродвигателем. Они могут работать как от трехфазной электрической сети, так и от однофазной.
Трехфазные асинхронные двигатели применяются:
В нерегулируемых электроприводах насосов, вентиляторов, компрессоров, нагнетателей, дымососов, транспортеров, автоматических линий, кузнечно-штамповочных машин и др.:
В регулируемых электроприводах металлорежущих станков, манипуляторов, роботов, грузоподъемных механизмов, общепромышленных механизмов с изменяющейся производительностью и др.
В зависимости от способа выполнения обмотки ротора асинхронного двигателя последние разделяются на две группы: двигатели с короткозамкнутой обмоткой на роторе и двигатели с фазной обмоткой на роторе.
Двигатели с короткозамкнутой обмоткой на роторе более дешевы в производстве, надежны в эксплуатации, имеют жесткую механическую характеристику, т. е. при изменении нагрузки от нуля до номинальной частота вращения машины уменьшается всего на 2-5%. К недостаткам таких двигателей относятся трудность осуществления плавного регулирования частоты вращения в широких пределах, сравнительно небольшой пусковой момент, а также большие пусковые токи, в 5-7 раз превышающие номинальный.
Указанными недостатками не обладают двигатели с фазным ротором, но конструкция ротора у них существенно сложнее, что ведет к удорожанию двигателя в целом. Поэтому их применяют в случае тяжелых условий пуска и при необходимости плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне. В лабораторной работе рассматривается двигатель с короткозамкнутым ротором.
Трёхфазный асинхронный двигатель имеет неподвижную часть – статор 6 (рис. 6.1), на котором расположена обмотка, создающая вращающееся магнитное поле, и подвижную часть – ротор 5 (рис. 6.1), в котором создается электромагнитный момент, приводящий во вращение сам ротор и исполнительный механизм.
Сердечник статора имеет форму полого цилиндра (рис. 6.2). Для уменьшения потерь энергии от вихревых токов он набирается из отдельных, изолированных друг от друга лаковой пленкой листов электротехнической стали.
На внутренней поверхности сердечника расположены пазы, в которые укладывается обмотка статора. Сердечник запрессован в корпус (станину) 7 (рис. 6.1), изготовляемый из чугуна или сплава алюминия.
У двигателя с одной парой полюсов обмотка статора выполняется из трех одинаковых катушек, называемых фазами. Каждая фаза обмотки укладывается в противоположные пазы сердечника статора, фазы обмотки сдвинуты в пространстве друг относительно друга на угол и соединены между собой по особым правилам. Начала и концы фаз обмотки статора присоединяются к выводным зажимам клемной коробки 4 (рис. 6.1), что позволяет соединить фазы обмотки статора звездой или треугольником. В связи с этим асинхронный двигатель можно включить в сеть с линейным напряжением, равным Uф обмотки (обмотка статора соединяется треугольником) или
Uф (обмотка соединяется звездой).
Рис. 6.1. - Общий вид асинхронного двигателя:
подшипники - 1 и 11, вал - 2, подшипниковые щиты - 3 и 9, клёммная коробка – 4, ротор - 5, статор - 6, станина - 7,
лобовые части фазной обмотки статора - 8, вентилятор - 10, колпак - 12, ребра - 13, лапы – 14, болт заземление - 15
Р
ис. 6.2.
Ротор 5 (рис. 6.1) состоит из сердечника и короткозамкнутой обмотки. Сердечник ротора 1 (рис. 6.3) набирается из листов электротехнической стали и крепится на валу 2 (рис. 6.3) двигателя, листы изолируются друг от друга окалиной, образующийся в процессе прокатки. Листы ротора имеют пазы, в которых размещаются обмотка.
Двигатели с короткозамкнутой обмоткой на роторе имеют ряд конструктивных исполнений по форме пазов на роторе. Форма пазов ротора выбирается в зависимости от требований к пусковым характеристикам двигателя. Наиболее рациональными для пазов ротора с короткозамкнутой клеткой являются трапецеидальные овальные пазы. Существуют и другие модификации пазов ротора (бутылочного и трапецеидального профиля).
Короткозамкнутая обмотка ротора 3 (рис. 6.3) обычно выполняется литой из алюминиевого сплава. В процессе заливки образуются как стержни (проводники) обмотки, расположенные в пазах, так и замыкающие их накоротко кольца, расположенные вне сердечника ротора. Кольца могут быть снабжены вентиляционными лопатками для улучшения вентиляции двигателя и теплоотвода от обмотки ротора. Отсутствие изоляции обмотки ротора обеспечивает хороший отвод тепла от обмотки к сердечнику. Такую короткозамкнутую обмотку ротора, называемую «беличьей клеткой».
Вал вращается в подшипниках, укрепленных в боковых щитах 3 и 9 (рис. 6.1), называемых подшипниковыми. Подшипниковые щиты крепятся к станине 7 (рис. 6.1) при помощи болтов.
Между ротором и статором асинхронного двигателя имеется воздушный зазор. При выборе воздушного зазора сталкиваются противоречивые тенденции. Минимальный (выбранный по механическим соображениям) воздушный зазор приводит к уменьшению тока холостого хода двигателя и увеличению коэффициента мощности. Однако при малом воздушном зазоре увеличиваются добавочные потери в поверхностном слое статора и ротора, добавочные моменты и шум двигателя. Вследствие роста потерь уменьшается КПД. Поэтому в современных сериях асинхронных двигателей воздушный зазор выбирается несколько большим, чем требуется по механическим соображениям (чтобы ротор при работе не задевал о статор).
Принцип действия асинхронного двигателя основан на двух явлениях: образовании вращающегося магнитного поля токами обмотки статора и воздействии этого поля на токи, индуцированные в короткозамкнутых витках обмотки ротора.
То, что асинхронные двигатели сегодня используются во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства, необходимо поклониться русскому инженеру М.О. Доливо-Добровольскому. Именно он в 1889 году (а точнее 8 марта) изобрел трехфазный асинхронный двигатель, который преобразовывает электроэнергию в энергию механическую (вращения). Это, по сути, стало прорывом в технике и началом новой эры.
Самое главное, что электрические моторы данного типа оказались очень надежными, их производство достаточно простое, что влияет на небольшую себестоимость изделия. Плюс несложная конструкция, которая легко поддается не только производству, но и ремонту. Если обратиться к статистическим данным, то по ним можно сделать вывод, что асинхронные двигатели являются самыми производимыми в мире. На их счет приходится до 90% выпуска. Так что цифры говорят сами за себя.
Но почему эти приборы названы асинхронными? Все дело в том, что частота вращения магнитного поля статора всегда больше вращения ротора. Кстати, у электродвигателей этого типа принцип работы основан именно на вращении магнитного поля.
Чтобы понять, как работают электродвигатели асинхронные трехфазные, необходимо провести один несложный эксперимент. Для этого вам понадобиться обычный магнит подковообразного типа и медный стержень. При этом магнит надо хорошо закрепить к рукоятке, с помощью которой его можно крутить на одном месте вокруг своей оси. Медный стержень закрепляется в подшипниках и устанавливается в пространство между концами (полюсами) магнита-подковы. То есть, стержень оказывается как бы внутри магнита, а, точнее сказать, внутри его плоскости вращении.
Теперь надо просто вращать магнитное устройство за ручку. Лучше по часовой стрелке. Так как между полюсами есть магнитное поле, то оно также будет вращаться. При этом поле будет пересекать или рассекать своими силовыми линиями медный стержень-цилиндр. И тут включается закон электромагнитной индукции. То есть, внутри медного стержня начнут возникать вихревые токи. Они, в свою очередь, начнут образовывать свое собственное магнитное поле, которое будет взаимодействовать с основным магнитным полем.
При этом стержень начнет вращаться в ту же сторону, что и магнит. И вот тут возникает один момент, который также лежит в принципе работы электродвигателя. О нем было уже упомянуто. Если скорость вращения стержня будет такое же, как у магнита, то их силовые линии пересекаться не будут. То есть, вращения не будет в виду отсутствия вихревых токов.
И еще пару нюансов:
Внимание! Разница скоростей вращения магнитных полей не очень большая. Эту величину называют скольжением.
Кстати, определить величину скольжения несложно, для этого необходимо воспользоваться формулой:
S=n-n1/n, где
Конечно, показанное выше устройство назвать электродвигателем никак нельзя, потому что для примера был использован магнит, которого в моторе просто нет. Поэтому необходимо создать такую конструкцию, в которой электрический ток создавал бы это самое магнитное поле. К тому же оно должно еще и вращаться. Русскому ученому это оказалось под силу с помощью трехфазного переменного тока.
Поэтому в конструкции трехфазного асинхронного двигателя установлены три обмотки, расположенные относительно друг друга под углом в 120º. Каждая обмотка подсоединена к фазному контуру трехфазной сети переменного тока. Обмотки закрепляются к статору, который собой представляет металлический сердечник в виде полого корпуса. Они же закрепляются к полюсам сердечника.
Внимание! У каждой обмотки два свободных конца. Один соединяется с фазой сети, второй с двумя другими концами двух других обмоток, то есть, в единый контур.
Внутри полого сердечника на подшипниках закрепляется ротор. По сути, это тот же стержень-цилиндр. Ниже показана схема подключения обмоток и расположение ротора.
Как только электрический ток начинает подаваться на обмотки, образуется вращающееся магнитное поле, которое воздействует на ротор, заставляя его вращаться тоже.
Чтобы понять принцип действия трехфазного асинхронного двигателя, необходимо рассмотреть график его работы. Чтобы облегчить данную задачу, предлагаем рассмотреть схему, расположенную ниже.
Смена полярности создает вращение магнитного потока, который в свою очередь увлекает за собой ротор. Последний начинает вращаться. Как было сказано выше, из энергии электрической получается энергия вращения (механическая).
Внимание! Если поменять местами вторую и третью обмотку, то вращение электродвигателя начнется в противоположную сторону. Конечно, сами обмотки не переставляются, а просто производится смена подключения к разным фазам сети.
Нами была рассмотрена конструкция электродвигателя асинхронного трехфазного с тремя обмотками на статоре, в котором используется двухполюсная схема магнитного поля. Число его оборотов вращения равна числу колебаний электрического тока в минуту. Если в сети переменного тока число колебания в секунду равно 50 Гц, то за минуту это значение станет 3000 (об/мин).
Но в статор можно заложить не три обмотки. К примеру, можно установить шесть или десять. При этом магнитное поле станет четырехполюсным и шестиполюсным соответственно. При этом измениться и скорость вращения ротора. В первом случае она будет равна: (50X60)/2=1500 об/мин. Во втором: (50X60)/3=1000 об/мин.
Выше нами уже упоминалось, что существует определенное отставание вращения ротора от вращения магнитного поля. Правда, это значение незначительно. К примеру, в холостом режиме работы данный показатель будет всего лишь 3%, при действующих нагрузках 5-7%. Даже 7% — значение небольшое, что и является одним из достоинств асинхронного двигателя.
К сожалению, не во всех частных домах есть трехфазное напряжение. Поэтому подключение трехфазного асинхронного двигателя к однофазной сети производится через конденсаторы определенной емкости. Обычно расчет ведется в соответствии: на 1 кВт мощности 70 мкФ емкости. Но есть в этом деле еще одна проблема – невозможность регулировать скорость вращения ротора. Поэтому специалисты рекомендуют подключить к мотору регулятор частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей.
Эти устройства сегодня продаются в специализированных магазинах, но нет проблем их сделать и своими руками.
По конструкции ротора электродвигатели асинхронные делятся на две группы:
Первый вариант – это двигатели с большой мощностью, которым необходим большой пусковой момент. В конструкции их ротора установлены контактные кольца. Второй вариант – это конструкция, в пазы которой заложены медные стержни. Это типичные электродвигатели, простые и дешевые. Но у них есть пара недостатков: большой пусковой ток и слабое усилие при начале вращения.
На что обычно надо обратить внимание, выбирая электродвигатели? Технических характеристик, в принципе, немного. Это мощность, измеряемая в кВт, скорость вращения ротора в об/мин. Все остальные технические характеристики не столь важны именно для выбора. Хотя, к примеру, масса изделия может помочь рассчитать нагрузку на подставку или монтажную раму.
Итак, были рассмотрены асинхронные электродвигатели – электрическое оборудование, которое нередко используется в частных домах для бытовых нужд. Устройство и принцип работы мотора вам теперь понятно, а вот как правильно подключить двигатель к однофазной сети, читайте в другой статье.
Похожие записи: 
Существует два типа трехфазных электродвигателей, которые различаются по конструкции вращающейся части (ротора). Подвижную часть двигателя иногда называют якорем, но будет правильнее и профессиональнее называть ее ротором.
Асинхронные электродвигатели.
Если у электродвигателя ротор не имеет своей обмотки (к ротору не подводиться напряжение через щетки), то это двигатель с короткозамкнутым ротором, или как еще называю его асинхронный двигатель. Асинхронный он, потому, что в этом двигателе скорость изменения магнитной индукции в обмотках статора не совпадает (не синхронна) со скоростью вращения ротора. Таких трехфазных двигателей выпускается большее количество, из-за простоты конструкции.
Электродвигатель с фазным ротором.
Трехфазный электродвигатель, у которого ротор имеет собственные обмотки и к этим обмоткам подводиться напряжение через щетки, называют двигателем с фазным ротором. Сложная конструкция такого электродвигателя оправдана, когда нужно регулировать скорость вращения и необходимо снизить пусковые токи мощного двигателя.
Статор (неподвижная часть) у всех трехфазных электродвигателей делается одинаковым по устройству. Конструктивно в магнитопровод статора вкладываются обмотки из медных обмоточных проводов. Количество отдельных обмоток может быть от 3, 6, 9 12. С тремя обмотками электродвигатель, при подключении к сети, будет вращаться со скоростью 3000 об. в мин. С шестью, девятью, двенадцатью обмотками электродвигатели будут вращаться, соответственно со скоростями 1500, 1000, 750 об. в мин, но с большими вращающими моментами, чем двигатель на 3000 об. в мин.
Все приведенные значения скорости вращения для отдельных двигателей достигаются только при подключении в трехфазную сеть с напряжением 380В, когда обмотки статора соединении по схеме «звезда».
Принцип действия.
Все дело в магнитной индукции, которая также совершает полезную работу в электромагнитах и трансформаторах. Благодаря магнитной индукции, к включенным электромагнитам притягиваются металлические предметы. Благодаря этой же силе в трансформаторах передается электроэнергия от одной катушки до другой, которые изолированы друг от друга.
В электродвигателях магнитная индукция проявляется, когда создается бесконтактная связь между статором и ротором. Более подробно, это происходит следующим образом. Ток, проходя через обмотки статора электродвигателя, создает магнитное поле. Это поле не постоянно, как в электромагните или трансформаторе. А быстро поочередно изменяет свою полярность, и возвращается в начальное состояние, когда сделает оборот по обмоткам статора.
А польза от этого электромагнитного поля в том, что оно благодаря силе индукции намагничивает отдельный участок на поверхности ротора, параллельный к физической оси двигателя. А дальше, переменное магнитное поле тянет его за собой, таким образом, заставляя вращаться статор вокруг своей оси.
Аварийный режим работы (при обрыве фазы).
Любой обрыв проводов двигателя является аварийной ситуацией, которая приводит к порче, как самого двигателя, так и пусковых устройств подключенных к нему. Серьезность последствий при обрыве фазы зависит от того, по какой схеме подключены обмотки двигателя к питающей сети.
При подключении электродвигателя по схеме «звезда».
Если двигатель работал, то ротор будет и дальше крутиться с неизменным моментом, но заметно снизиться скорость его вращения. При этом в остальных обмотках, которые остались подключенными к напряжению, будет протекать завышенный ток, одинаковый по величине в двух этих обмотках.
Если оставить двигатель долго работать при обрыве фазы, две подключенные обмотки равномерно нагреются. В конечном итоге двигатель не максимально нагруженный, и качественно сделанный, может остаться относительно целым. Но снизиться сопротивление изоляции обмоточных проводов, так как они обуглятся при перегреве. И повторных таких мучений электродвигатель уже не выдержит.
При подключении электродвигателя по схеме «треугольник».
Если двигатель работал, то ротор будет и дальше крутиться, как и в предыдущем рассмотренном случае. Но при этом, в одной из оставшихся подключенных обмоток, будет протекать завышенный 1,73 раза ток, чем при нормальном режиме работы.
Так что, если оставить двигатель долго работать при обрыве фазы, одна из двух подключенных обмоток сильно нагреется. А сам двигатель, в конечном итоге задымиться и остановиться. Так как, разрушиться эмалевая изоляция на обмоточных проводах внутри двигателя, и произойдет короткое замыкание.
Если попытаться запустить электродвигатель с оборванной фазой, он или вовсе не начнет вращаться, или будет очень медленно набирать обороты. И без разницы, по какой схеме двигатель подключен. При этом двигатель будет сильно шуметь, из-за чрезмерного магнитного потока, что проходит через часть магнитопровода двигателя.
При обрыве двух фаз работающий электродвигатель остановиться, не работающий двигатель не запуститься, и никаких вредных последствий не будет.
Подключение к однофазной сети.
Очень часто появляется необходимость использовать трехфазный двигатель вместо однофазного на стиральной машине, вентиляторе, различных деревообрабатывающих станках, водных насосах, шлифовальных станках.
Чаще всего электродвигатели подключаются по схеме «звезда», так как в этом случае их можно использовать в трехфазной сети, то есть при максимальном рабочем напряжении 380В. Но при подключении к однофазной сети, на пониженное напряжение 220В, такая схема совсем не годиться. Потому что электродвигатель, подключенный по схеме «звезда» к однофазной сети, потеряет половину своей мощности.
Конкретно, подключение по схеме «звезда», это когда концы трех обмоток скручены вместе, а начала этих обмоток подключаются к питающей сети.
Вот как подключаются провода до клемной колодки и так нужно расположить перемычки в распределительной коробке (борне) электродвигателя при подключении по схеме «звезда».
По схеме «треугольник».
Если нужно подключить трехфазный электродвигатель к однофазной сети с напряжением 220В, тогда желательно собрать обмотки по схеме «треугольник». По тому что, при такой схеме включения двигатель потеряет всего лишь 30% от номинальной мощности. И к тому же, вовсе не снизиться скорость вращения.
В общем, чтобы выполнить подключение по схеме «треугольник», нужно конец одной обмотки подключить к началу другой, и так последовательно соединить все обмотки, а места их соединения подключить к питающей сети.
Так вот должны быть подключены провода до клемной колодки, и так расположены перемычки в борне электродвигателя при подключении по схеме «треугольник».
Будьте внимательны! Существуют трехфазные электродвигатели, рассчитанные на рабочие напряжения 220/127В. И если переключить в борне такой двигатель на схему «треугольник», то есть на пониженное напряжение 127В, а дальше включить его в однофазную сеть стандартного напряжения 220В, то двигатель быстро сгорит.
Для того, чтобы трехфазный электродвигатель работал в однофазной сети необходим еще будет фазосдвигающий, или как его еще называют рабочий конденсатор.
В конечном итоге, нужно концы фазосдвигающего конденсатора подключить к двум клеммам в борне, а два провода от сети подкинуть так: один к любому выводу конденсатора; второй до свободной клеммы в борне.
svetvtebe.ru
Электродвигателем называется электрическая машина, функциональным назначением которой является преобразование энергии электрической в энергию механическую. Существует несколько типов электродвигателей постоянного или переменного тока.
Одним из наиболее распространенных типов электродвигателей, нашедших свое применение в производственных условиях различного назначения, является трехфазный асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором.
Отличительными особенностями данного типа электродвигателей является отсутствие скользящих контактов, простота и надежность конструкции, легкость технического обслуживания.
Основной функциональный узел трехфазного асинхронного двигателя включает в себя две составные части: статор и короткозамкнутый ротор. Конструктивно статор и ротор представляют собой пакеты пластин, выполненных из специальной электротехнической стали.
Сердечник статора имеет трехфазную обмотку, уложенную и закрепленную в специальных пазах. Фазы обмотки статора соединены по типу «звезда» или «треугольник» в зависимости от напряжения и особенностей питающей сети.
Сердечник ротора и его обмотка не изолированы друг от друга. Обмотка ротора и вентиляционные лопатки представляют собой слитную конструкцию, выполненную из сплава алюминия или полностью алюминиевую. Стержневые выводы обмотки ротора накоротко замкнуты надетыми на них кольцами и образуют конструкцию, называемую «беличьей клеткой».
Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя основан на использовании закона электромагнитной индукции. Сердечник статора с трехфазной обмоткой создает вращающееся магнитное поле, силовые линии которого пересекают короткозамкнутые стержневые выводы обмотки ротора. Электродвижущая сила, наведенная в роторе, способствует протеканию переменного тока в его обмотке.
Переменный ток, протекающий в обмотке ротора, создаёт вокруг него магнитное поле, силовые линии которого пересекаются с магнитным полем сердечника статора. Взаимодействующие магнитные поля приводят в движение ротор, который начинает вращаться в направлении магнитного поля статора.
Двигатель назван асинхронным из-за частоты вращения ротора, которая имеет несколько меньшую величину, чем синхронная частота вращения магнитного поля статора и считается асинхронной.
Конструкция асинхронных трехфазных двигателей достаточно проста и надежна в эксплуатации, что позволяет оборудовать ими технические устройства различного назначения. Асинхронные трехфазные двигатели приводят в движение многие виды производственного оборудования и вспомогательных механизмов.
Трехфазными асинхронными двигателями оснащены станки металлообрабатывающей и деревообрабатывающей промышленности, насосное и конвейерное оборудование, строительная техника, многие виды вспомогательных технических устройств.
Трехфазные асинхронные двигатели надежны и не теряют работоспособности в условиях значительных кратковременных перегрузок.
Асинхронные двигатели, наиболее пригодны, для изготовления в герметическом исполнении. Такие двигатели могут эксплуатироваться даже в очень тяжелых специфических условиях.
Простая и надежная конструкция трехфазных асинхронных электродвигателей обуславливает их повсеместное использование в различных сферах производства. Данный тип двигателей нашел широкое применение в технологическом оборудовании для строительной, судостроительной, автомобилестроительной и многих других отраслей.
selectelement.ru
Изобретение относится к области электротехники, а именно к асинхронным трехфазным двигателям, осуществляющим преобразование электрической энергии переменного тока в механическую энергию. Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, состоит в повышении коэффициента мощности трехфазного асинхронного электрического двигателя. Указанный технический результат достигается тем, что в трехфазном асинхронном электрическом двигателе, состоящем из статора, включающего корпус, полый стальной шихтованный сердечник, закрепленный изнутри к корпусу и несущий на внутренней цилиндрической поверхности пазы, и трехфазную сетевую обмотку, уложенную в пазы шихтованного сердечника и выполненную в виде трех однофазных обмоток с одинаковыми параметрами и пространственным сдвигом осей в 120°, ротора, размещенного внутри сердечника статора с воздушным зазором по отношению к нему, и подшипниковых щитов, закрепленных к корпусу статора, в которых установлен вал ротора, согласно изобретению, статор содержит дополнительную компенсирующую трехфазную обмотку, уложенную в пазы сердечника и состоящую из трех с одинаковыми параметрами однофазных обмоток, оси которых смещены в пространстве на 120°, при этом дополнительная компенсирующая трехфазная обмотка изолирована от сетевой трехфазной обмотки, образующие ее однофазные обмотки соединены в схему «звезда», а начала фаз подключены к соединенным в схему «треугольник» конденсаторам, установленным на двигателе или за его пределами. 4 ил.
Изобретение относится к области электротехники, а именно к асинхронным трехфазным двигателям, осуществляющим преобразование электрической энергии переменного тока в механическую энергию.
Известны синхронные трехфазные электрические двигатели. Основными конструктивными частями таких двигателей являются статор и ротор. Статор представляет собой полый стальной шихтованный сердечник, укрепленный в корпусе и несущий на внутренней цилиндрической поверхности пазы, в которых размещены обмотки трех фаз с одинаковыми параметрами. Оси обмоток фаз сдвинуты в пространстве на 120°. Обмотки фаз соединены в схему «звезда» или схему «треугольник» и подключены к питающей сети трехфазного переменного напряжения. Ротор двигателя установлен внутри сердечника статора с воздушным зазором по отношению к нему. Он содержит стальной сердечник, обмотку возбуждения и два контактных кольца, установленных на валу и электрически соединенных с зажимами обмотки возбуждения. С контактными кольцами сопряжены размещенные в щеткодержателях медно-графитовые щетки, через которые обмотка возбуждения подключена к источнику постоянного тока (Брускин Д.Э. Электрические машины и микромашины. Учебное пособие для приборостроительных специальностей вузов. М., Высшая школа, 1971, с.257-263).
Недостатками известных синхронных двигателей являются трудности при их запуске из неподвижного состояния и большие по величине токи, которые они потребляют из питающей сети трехфазного переменного напряжения в этом режиме. Большие пусковые токи являются причиной значительной посадки напряжения в сети, что негативно сказывается на работе потребителей электрической энергии. Кроме того, номинальные мощности синхронных двигателей характеризуются величинами в сотни и тысячи киловатт, что ограничивает область их практического применения электроприводами большой мощности. К числу недостатков следует отнести и наличие скользящего контакта между контактными кольцами и щетками, а также необходимость использования источника постоянного тока.
Известны также трехфазные асинхронные электрические двигатели с различным конструктивным исполнением ротора (Копылов И.П. Электрические машины. Учебник для вузов. М., Энергоатомиздат, 1986, с.154-162).
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора, состоящий из статора, ротора и двух подшипниковых щитов. Статор содержит корпус, изнутри к которому прикреплен полый сердечник, набранный из отдельных листов стали, с пазами на внутренней поверхности. В пазах размещена трехфазная сетевая обмотка, состоящая из трех, с одинаковыми параметрами, однофазных обмоток, оси которых смещены в пространстве на 120°. Однофазные обмотки соединены между собой в схему «звезда» или в схему «треугольник». Начала трехфазной обмотки выведены в коробку выводов, где осуществляется их подключение к питающей сети трехфазного переменного напряжения. Ротор установлен внутри статора с воздушным зазором по отношению к нему. Конструктивно ротор представляет собой полый стальной шихтованный цилиндр, насаженный на вал, имеющий на наружной поверхности пазы, в которых размещена короткозамкнутая обмотка. Вал ротора установлен в подшипниках подшипниковых щитов. Подшипниковые щиты закреплены к корпусу статора и предназначены для поддержания неизменным воздушного зазора между статором и ротором (Пантюшин B.C. Электротехника. Учебное пособие для вузов. Издание 2-е переработанное и дополненное. М., Высшая школа, 1976, с.413-415). Данное устройство принято за прототип.
Признаки прототипа, являющиеся общими с заявленным изобретением: статор, включающий корпус, полый стальной шихтованный сердечник, закрепленный изнутри к корпусу и несущий на внутренней цилиндрической поверхности пазы, трехфазную сетевую обмотку, уложенную в пазы шихтованного сердечника и выполненную в виде трех однофазных обмоток с одинаковыми параметрами и пространственным сдвигом осей в 120°; ротор, размещенный внутри сердечника статора с воздушным зазором по отношению к нему; подшипниковые щиты, закрепленные к корпусу статора, в которых установлен вал ротора.
К недостаткам известных трехфазных асинхронных электродвигателей следует отнести низкие значения коэффициента мощности. Особенно этот недостаток присущ асинхронным двигателям малой мощности, тихоходным асинхронным электродвигателям малой и средней мощности, а также всем асинхронным двигателям, работающим с малым коэффициентом загрузки и в режиме холостого хода. Причиной отмеченного недостатка является потребление из питающей сети реактивной мощности и реактивного намагничивающего тока, необходимого для создания в двигателе переменного магнитного поля. Реактивный намагничивающий ток, проходя по элементам системы производства, передачи, распределения и преобразования электрической энергии, вплоть до самого асинхронного электродвигателя, обуславливает дополнительную загрузку токоведущих частей, ограничивает их пропускную способность, вызывает рост потерь напряжения и мощности, приводит к ухудшению показателей качества электрической энергии и рабочих характеристик.
Задачей изобретения является повышение коэффициента мощности трехфазного асинхронного электрического двигателя.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном трехфазном асинхронном электрическом двигателе, состоящем из статора, включающего корпус, полый стальной шихтованный сердечник, закрепленный изнутри к корпусу и несущий на внутренней цилиндрической поверхности пазы, и трехфазную сетевую обмотку, уложенную в пазы шихтованного сердечника и выполненную в виде трех однофазных обмоток с одинаковыми параметрами и пространственным сдвигом осей в 120°, ротора, размещенного внутри сердечника статора с воздушным зазором по отношению к нему, и подшипниковых щитов, закрепленных к корпусу статора, в которых установлен вал ротора, статор содержит дополнительную компенсирующую трехфазную обмотку, уложенную в пазы сердечника и состоящую из трех с одинаковыми параметрами однофазных обмоток, оси которых смещены в пространстве на 120°, при этом дополнительная компенсирующая трехфазная обмотка изолирована от сетевой трехфазной обмотки, образующие ее однофазные обмотки соединены в схему «звезда», а начала фаз подключены к соединенным в схему «треугольник» конденсаторам, установленным на двигателе или за его пределами.
Отличительные признаки предлагаемого устройства от прототипа - наличие дополнительной компенсирующей трехфазной обмотки, уложенной в пазы сердечника статора и состоящей из трех с одинаковыми параметрами однофазных обмоток, оси которых смещены в пространстве на 120°; дополнительная компенсирующая трехфазная обмотка изолирована от сетевой трехфазной обмотки; однофазные обмотки, образующие дополнительную компенсирующую обмотку, соединены в схему «звезда»; начала фаз дополнительной компенсирующей трехфазной обмотки подключены к соединенным в схему «треугольник» конденсаторам, установленным на двигателе или за его пределами.
Отличительные признаки в сочетании с известными позволяют разработать трехфазный асинхронный электродвигатель, магнитное поле в котором создается током контура, образованного дополнительной компенсирующей трехфазной обмоткой и подключенными к ней конденсаторами. Из питающей электрической сети намагничивающий реактивный ток практически не потребляется. Благодаря этому достигается заявленный технический результат: повышение коэффициента мощности трехфазного асинхронного электрического двигателя.
Изобретенный трехфазный асинхронный электродвигатель, по сравнению с известным, позволяет разгрузить от реактивного намагничивающего тока генераторы электрических станций, трансформаторы повышающих и понижающих подстанций, линии электропередач, распределительные электрические сети и другие элементы систем электроснабжения. Это приводит к увеличению пропускной способности элементов систем электроснабжения, уменьшению потерь электрической энергии и напряжения, улучшению показателей качества электрической энергии и рабочих характеристик потребителей.
Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг.1-4.
На фиг.1 изображен схематический вид трехфазного асинхронного электродвигателя.
На фиг.2 - электрическая схема подключения сетевой обмотки.
На фиг.3 - электрическая схема соединения дополнительной компенсирующей трехфазной обмотки с конденсаторами.
На фиг.4 приведены экспериментальные зависимости тока I1 сетевой обмотки и коэффициента мощности cosφ от полезной мощности Р2, где сплошными линиями показаны зависимости, полученные при исследовании серийного трехфазного асинхронного двигателя типа 4А80А4У3, пунктирными линиями - те же зависимости для опытного образца заявляемого двигателя, созданного на базе серийного двигателя типа 4А80А4У3.
Трехфазный асинхронный электрический двигатель (фиг.1) содержит статор, включающий корпус 1, изнутри к которому прикреплен шихтованный из листов стали сердечник 2 с пазами 3 на внутренней поверхности. В пазах 3 размещены сетевая трехфазная обмотка 4 и дополнительная компенсирующая трехфазная обмотка 5. Сетевая трехфазная обмотка 4 является симметричной, состоит из трех идентичных однофазных обмоток А-Х; В-Y; C-Z (фиг.2), оси фаз сдвинуты в пространстве на 120°. Фазы сетевой обмотки 4 включены в схему «звезда», что достигается соединением в общую точку концов фаз X, Y, Z. Возможно также соединение фаз сетевой обмотки 4 в схему «треугольник». Начала фаз А, В, С сетевой обмотки 4 подключены к питающей сети трехфазного переменного напряжения. Дополнительная компенсирующая трехфазная обмотка 5 изолирована от сетевой трехфазной обмотки 4 и содержит три идентичных (с одинаковыми параметрами) однофазных обмотки АД-ХД; ВД-YД; СД-ZД (фиг.3), оси которых смещены в пространстве на 120°. Электрические параметры обмоток фаз сетевой обмотки 4 и дополнительной компенсирующей обмотки 5 отличаются друг от друга. Однофазные обмотки, образующие дополнительную компенсирующую обмотку 5, соединены в схему «звезда» и подключены к конденсаторам 6, соединенным в схему «треугольник». Конденсаторы 6 размещены на статоре, например в коробке выводов начал и концов фаз сетевой 4 и дополнительной компенсирующей 5 обмоток (на фиг.1 коробка выводов не показана). В ряде случаев целесообразным может оказаться размещение конденсаторов 6 за пределами двигателя. Такое техническое решение может быть использовано в высоковольтных асинхронных двигателях. Ротор асинхронного двигателя расположен внутри статора и содержит стальной сердечник 7 и короткозамкнутую обмотку 8, выполненную по типу «беличьей клетки». Сердечник 7 ротора закреплен на валу 9. Ротор отделен от статора воздушным зазором 10, поддержание величины которого осуществляется с помощью подшипниковых щитов (на фиг.1 не показаны), закрепленных к корпусу 1 статора. В подшипниковых щитах установлен вал 9 ротора.
Работа заявляемого асинхронного трехфазного двигателя осуществляется следующим образом.
При подключении сетевой трехфазной обмотки 4 к питающей сети трехфазного переменного напряжения в ней возникает ток, создающий в воздушном зазоре 10 вращающееся магнитное поле. Это поле индуктирует в дополнительной компенсирующей трехфазной обмотке 5 электродвижущую силу, под действием которой в электрической цепи, образованной дополнительной компенсирующей трехфазной обмоткой 5 и конденсаторами 6, возникает ток, имеющий в основном реактивную намагничивающую составляющую. Данная составляющая тока возбуждает в воздушном зазоре 10 вращающееся переменное магнитное поле, силовые линии которого совпадают по направлению с силовыми линиями вращающегося магнитного поля сетевой трехфазной обмотки 4. Следствием этого, при постоянной величине питающего напряжения, является уменьшение реактивной составляющей тока, потребляемого сетевой трехфазной обмоткой 4 из питающей сети, а следовательно, и в целом тока сетевой обмотки 4.
Экспериментальные зависимости тока I1 фаз сетевой обмотки 4 и коэффициента мощности cosφ асинхронного трехфазного двигателя от полезной мощности Р2 приведены на фиг.4. Опытный образец заявляемого двигателя создан на базе серийного трехфазного асинхронного двигателя типа 4А80А4У3. Для этого заводская сетевая трехфазная обмотка статора, выполненная проводом марки ПЭТВ 0,67/0,73 мм, была изъята из пазов и вместо нее в свободные пазы были уложены две трехфазные обмотки: сетевая и дополнительная компенсационная. Количество витков в фазах сетевой обмотки и ее схема были сохранены; изменилось лишь сечение провода, в качестве которого принимался провод марки ПЭТВ-2 ТУ 16-705.110-79 с изоляцией по типу 1 диаметром 0,53/0,576 мм. Дополнительная компенсационная трехфазная обмотка имела схему, аналогичную сетевой трехфазной обмотке, и выполнялась проводом марки ПЭТВ-2 ТУ 16-705.110-79 с изоляцией по типу 1 диаметром 0,9/0,959 мм. Число проводников компенсационной трехфазной обмотки в пазу равнялось 13.
Анализ зависимостей показывает, что в режиме холостого хода серийный двигатель потребляет из питающей сети ток 2,3 А, а опытный образец заявляемого двигателя - ток, величина которого составляет 0,8 А. С ростом нагрузки ток в сетевых обмотках двигателей возрастает за счет увеличения активной составляющей тока. Коэффициент мощности серийного двигателя в режиме холостого хода равен 0,2, а у опытного образца - 0,9. По мере увеличения нагрузки на валу двигателей коэффициент мощности увеличивается. Однако у серийного двигателя при мощности Р2, равной 670 Вт, коэффициент мощности равен 0,57, а у опытного образца заявляемого двигателя этот показатель при той же нагрузке составляет 0,97.
Изобретенный трехфазный асинхронный электродвигатель характеризуется высоким значением коэффициента мощности и меньшими значениями токов, потребляемых из питающей сети, что позволяет широко использовать его в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, в коммунальном хозяйстве, в быту и т.д. Положительный эффект от применения изобретения заключается в снижении токовой нагрузки генераторов электрических станций, повышающих и понижающих трансформаторов, проводов воздушных линий электропередач, кабелей заводских и цеховых распределительных сетей, сетевых обмоток самих асинхронных электродвигателей и становится особо значимым в условиях производства и дальнейшей эксплуатации десятков миллионов трехфазных асинхронных электродвигателей.
Трехфазный асинхронный электрический двигатель, состоящий из статора, включающего корпус, полый стальной шихтованный сердечник, закрепленный изнутри к корпусу и несущий на внутренней цилиндрической поверхности пазы, и трехфазную сетевую обмотку, уложенную в пазы шихтованного сердечника и выполненную в виде трех однофазных обмоток с одинаковыми параметрами и пространственным сдвигом осей в 120°, ротора, размещенного внутри сердечника статора с воздушным зазором по отношению к нему, и подшипниковых щитов, закрепленных к корпусу статора, в которых установлен вал ротора, отличающийся тем, что статор содержит дополнительную компенсирующую трехфазную обмотку, уложенную в пазы сердечника и состоящую из трех с одинаковыми параметрами однофазных обмоток, оси которых смещены в пространстве на 120°, при этом дополнительная компенсирующая трехфазная обмотка изолирована от сетевой трехфазной обмотки, образующие ее однофазные обмотки соединены в схему «звезда», а начала фаз подключены к соединенным в схему «треугольник» конденсаторам, установленным на двигателе или за его пределами.
www.findpatent.ru
